香根草双层加筋复合植被柔性板块技术在三峡库区消落带防护工程中的应用

2013-08-29陈邦群郑巍伟朱道清阮道红徐长锋贾代贵

交通科技 2013年4期

邓斌陈邦群郑巍伟朱道清阮道红郑焱徐长锋贾代贵

（1.湖北秭归县环境保护局秭归 443000；2.宜昌大地园林工程有限公司宜昌 443000）

水库的水位涨落带，又称为消落带，是指由于季节性水位涨落使水库周边被淹没土地露出水面的一段特殊区域。据统计，三峡库区正常运行后，在海拔145～175m的库区两岸，形成水位涨落幅度高达30m、面积400多km2的水库消落带湿地，易造成滑坡、溜坍，防护难度大，治理十分困难。

三峡水库消落带环境保护工程是长江航道水土保持十分重要的工程难题之一，目前采用的护坡方法有混凝土护坡、浆砌片石与干砌片石护坡、骨架护坡等多种方式。这些方法均能起到一定的工程防护效果，但普遍存在造价高，施工难度大，不易大面积推广等缺陷，尤其是上述方法均是单一的工程防护，没有环保绿化的生物防护作用。因此，三峡库区建立消落带湿地系统保护区，探索生态防护建设的有效措施，这对三峡水库和长江中下游地区的生态与环境安全，具有十分重要的意义，采用生态防护进行消落带的治理，可达到一劳永逸的效果。

1 香根草双层加筋复合植被柔性板块技术

1.1 复合植被柔性板块技术作用机理

单株植物在遭洪水冲刷时容易被水流冲走，使消落带护岸产生逐渐流失破坏，香根草双层加筋复合植被柔性板块消落带生态防护结构引入“植物加筋”的概念，采用网状加筋材料对植物群落进行加筋处理，使其茎部与根部相互连锁，通过植物茎与根的生物锚固作用，形成整体式的双层网状立体防护柔性板块结构，有效防止水流的浸蚀与冲刷破坏。由于香根草双层加筋复合植被柔性板块不会产生硬性变形与破坏，对消落带能起到永久有效的柔性防护。

1.2 植物加筋结构方式

（1）使用加筋网对地被植物根须进行加筋，地被植物采用狗牙根、百喜草、水花生等品种，成千上万的植物根系与加筋网相互连锁在一起，形成消落带柔性生物防护的根系板块，起到表面快速防护的功能，形成“先锋根系加筋板块”；同时对坡表土壤也起到了浅层的加筋作用，增强了防护层的抗张强度和抗剪强度，限制因冲蚀而引起的“逐渐破坏”现象的扩展，最终限制坡表出现细沟侵蚀和浅层滑动的发生。

地被植物的生长高度大部分为20～30cm，根系深度30cm左右。

（2）采用加筋网材料对具有一定高度的植物香根草的茎部进行加筋，随着香根草的生长与分蘖，植物茎部与加筋网相互连锁在一起，在消落带表面形成一个整体的加筋植物连锁体系，称之为“茎部加筋板块”，加之香根草长根系的生物铆钉作用，最终形成香根草双层加筋复合植被锚固层，这种香根草双层加筋复合植被消落带生态防护体系，对消落带起到深层防护的作用。

香根草的生长高度一般为150～180cm，根系深度300～500cm左右。

1.3 生态防护品种的选择与植物耐水淹性能［1］

对于生态防护植物，一般要求具有优异的耐水淹性能。香根草在水下淹没长达4个多月后可恢复生长，具有优异的耐水淹性能；百喜草具有较强的耐寒与耐水性能，耐阴性也较强；狗牙根匍匐茎发达，生命力极强；疏花水柏枝等水生植物品种耐水性能也较强。因此，香根草、狗牙根、百喜草、耐水淹灌木疏花水柏枝等植物为主要选择品种，辅以其他植物作为先锋防护品种，可以达到快速防护与长期防护相结合的目的。

2 香根草双层加筋复合植被柔性板块关键技术

（1）香根草双层加筋柔性板块技术的使用。通过对植物的茎部与根部的加筋作用，在消落带表面形成有效的柔性防护板块，在地上与地下形成两道整体性极强的网状防护板块，并通过植物的根系锚固作用紧密地结合在一起，形成复合植被加筋体系，可极大地提高抗冲刷能力，防止产生水土流失破坏，对消落带最终起到永久的生态防护功能。

（2）采用香根草容器苗技术，提前培育香根草容器苗，以空间换时间，让植物提前生长，在消落带水位下降后及时种植，在有限的生长时间内提高植物的耐水淹能力。

长江三峡消落带水位回落到145m高程一般在每年的6月10日左右，而开始蓄水时间是8月底，能供植物生长的时间只有短短的2个月时间，如不采用香根草容器苗技术手段，种植的植物难于成活。

3 香根草双层加筋复合植被柔性板块的技术特点

（1）施工简便快捷，具有永久的生态防护功能。

（2）复合植被柔性板块结构极大地提高了抗冲刷能力，防止产生水土流失破坏，具有良好的固土与防冲刷效果。

（3）属于柔性结构，能适应坡面变形，与传统的拱形骨架、菱形格构相比，整体性更强，不会出现沉降、断裂等现象。

（4）既有工程防护的功能，又可进行生物种植，不影响坡面绿化种植，植被形成后可覆盖全部坡面，安全、自然、美观。植物根系与柔性护垫相互纠结在一起最终形成一个柔性生物护垫，完全适应消落带的涨落特性又不会产生坡面破坏，达到对消落带的生物防护功能，后期不需人工维护。

加筋香根草复合植被消落带生态防护结构简便易行，施工不需专用机具，适用面广，在消落带生态防护领域具有极大的推广前景。

4 施工工艺

（1）消落带坡面清理。清除大的石块、树根等杂物，要求坡面平整顺畅。

（2）安装防冲刷网垫。纵向搭接5～10cm，横向搭接10～20cm，采用30cm长木桩固定，固定间距1.0～1.5m，梅花型布置。网垫上覆盖2～3cm的种植土，以看不到网垫为宜。

（3）人工种植香根草、香根草容器苗，种植间距30～50cm［2］。

（4）安装加筋网，纵向搭接5～10cm，横向搭接5～10cm，采用木桩或直径12mm长30～40 cm的L型螺纹钢钉固定，固定间距1.0～1.5m。

（5）机械喷播狗牙根、百喜草等混合草种。采用专用的液压喷播机械设备，进行植被建植喷播，将绿化混合基材和混合植被种喷射于坡面。该种方式中添加的粘合剂可更有效地保证喷播的混合植被种贴紧坡面与土壤，并且播种均匀，不易流失，避免了人工撒播的盲区，有利于植被的萌发和生长。

（6）采用专用养护船对消落带进行浇水养护。

5 三峡消落带生态防护应用与效果

香根草双层加筋复合植被柔性板块技术首次应用地点为三峡库区长江北岸秭归县香溪河口，是秭归县进行的消落带生态防护的试验区，生态治理面积达3.4万m2。试验选择了多个品种的耐水淹植物进行消落带边坡生态防护试验研究，总体上分为四大试验区域，这次较大规模的试验研究，其技术特点就是以生态防护为主，改变了传统的以工程防护手段治理的特点，力争在耐水淹植物应用及生态防护形式的研究方面有新的突破。

项目于2012年4月开工实施，2012年6月初长江水位降至145m高程，2012年6月底完成了全部生态防护项目，7月初经历第一次洪峰考验，水位先后涨到163m的高位，并长时间停留在158m的高程，8月下旬水位回落到146m，植物经受了较长时间的水淹考验，种植的香根草与狗牙根成活率较高，其他非实验物种耐水淹性能差，防冲刷能力也不强。2012年8月底三峡水库开始储水，水位由146m高程连续上涨，到10月下旬水位上涨到174～175m高程，并于11月、12月保持2个月的174～175m高水位运行，上涨水位高度落差为30m。植物处于长江175m水位、最大落差为30m的消落环境中考验。

2013年1月水位开始缓慢下降，当月水位下降3m，2月下降5m，3月下降3.3m，到2013年4月水位下降到160m，4个月水位共下降15m。随着4月份温度上升、水位下降，消落区逐步露出水面，植物开始复苏成活。水位163m以上植物成活较好的是香根草与狗牙根，163m水位以下复活较好的是狗牙根。由此可见，在水下浸泡半年之久的香根草与狗牙根有着旺盛的生命力，其与边坡结合整体性好，边坡稳定，生态恢复效果好，达到了消落带生态治理的目的。香根草加筋结构及防护效果见图1，图2。